CN115800406B - 智能自动限功率的功率优化装置、光伏系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能自动限功率的功率优化装置、光伏系统及其控制方法，涉及光伏发电系统技术领域，旨在实现在不需要借助通信直接干涉功率优化装置运行的基础上解决逆变器和各分布功率优化装置之间的限功率问题。本发明中每个功率优化装置可自行在输出功率较低时设置较高的限功率电压阈值，而在在输出功率较高时设置较低的限功率电压阈值，同时，功率优化装置可依靠本地运行参量而相应对限功率电压阈值进行智能切换正常功率模式和限功率模式，实现功率优化装置仅依靠本地运行参量而相应对限功率电压阈值进行智能设置，并对运行模式的自动切换，无需依赖于昂贵的通信架构，实现兼顾高转换效率和快速限功率等的特点。

Description

智能自动限功率的功率优化装置、光伏系统及其控制方法

技术领域

本公开涉及光伏发电系统技术领域，具体涉及一种智能自动限功率的功率优化装置、光伏系统及其控制方法。

背景技术

光伏并网发电系统主要是由众多光伏组件和并网光伏逆变器组成。其中，若干光伏组件串联形成光伏组串，若干光伏组串再分别接入逆变器的直流母线侧形成光伏阵列。逆变器设置有额定功率，即运行时将限制输出功率不超过额定功率。光伏系统通常针对光伏阵列的功率设计有限功率保护，以避免光伏阵列的发电功率超出逆变器的额定功率要求。

在传统的组件不带功率优化装置（也称作光伏功率优化器）的系统中，逆变器配有DC-DC变换前级，能够对光伏组串进行最大功率点跟踪（MPPT）控制和限功率控制，避免光伏阵列总功率超过逆变器额度功率而造成的过载运行。控制过程简单来说是，当光伏阵列的输出功率在额定功率以下时，主要以最大功率跟踪为控制目标，而在额定功率以上时，主要以限制功率为控制目标。

在现有的光伏组件带功率优化装置的系统中，每个优化器对相应光伏组件进行MPPT控制工作。为了实现限功率，每个优化器按照逆变器额定功率平均分配的方式设置统一的功率保护点。举例说明，以每块组件标称功率参数300W计算，6路30块的光伏组串的总功率为54kW。若逆变器额定功率为48kW，则系统的容配比为1.13。每个优化器可统一将功率保护点设置为267W。实际光伏组件在工作时功率会随着环境的辐照及温度等因素而变化。同时，组串中的组件所获得的辐照常常不一致。如阵列的总功率未达到48kW时，但部分组件因辐照较高而功率超出设置的267W，则会产生功率的损失。为克服功率损失的问题，可以采取通信的方式，如成本高昂的电力载波通信（PLC），协调逆变器与各分布优化器之间的限功率控制。然而，通信容易受到干扰。特别是牵涉到直接影响优化器运行控制变量，若通信发生问题而不能及时处理，将生成难以预料的后果。

综上所示，现有的组件带功率优化装置的光伏系统，存在因组件功率保护点过高而导致的逆变器过载或者因保护点过低而导致的发电量损失的问题，需要稳定性好且成本低的解决方案。

发明内容

有鉴于现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种智能自动限功率的功率优化装置，配备有该功率优化装置且可实现限功率控制功能的一种光伏系统，以及该光伏系统实现限功率控制功能的一种控制方法，在降低平准化度电成本（LCOE）的大前提下，在不需要借助通信直接干涉功率优化装置运行的基础上，实现解决逆变器和各分布功率优化装置之间的限功率问题，同时功率优化装置在限功率以外的场景下能运行在高占空比范围下，从而提高功率优化装置的转换效率，并且，当逆变器功率超出额定限制时能快速协调各功率优化装置进入限功率状态，避免系统过载。

为了实现上述目的，本发明的第一方面采用的技术方案是：一种智能自动限功率的功率优化装置，该功率优化装置包括耦合在光伏单元与光伏组串之间的直流变换电路和对应控制所述直流变换电路的本地控制模块，所述本地控制模块用于根据直流变换电路的输出电压与所设限功率电压阈值之间的比较而在正常功率模式和限功率模式之间自动切换：当直流变换电路的输出电压小于当前设置的限功率电压阈值时，所述本地控制模块运行在正常功率模式，并控制直流变换电路对光伏单元进行最大功率点跟踪，

当直流变换电路的输出电压等于或大于当前设置的限功率电压阈值时，所述本地控制模块运行在限功率模式，并控制直流变换电路的输出电压维持在限功率电压阈值处，而停止最大功率点跟踪；并且，

本地控制模块用于根据一致于光伏组串串电流的输出电流和当前的功率模式而自适应地设置本地控制模块的输出电压；

所述本地控制模块还用于根据获取的直流变换电路的输出功率与预先设置的功率参考值之间的比较智能地调整限功率电压阈值：当输出功率小于或等于功率参考值时，所述本地控制模块将限功率电压阈值设置为第一电压阈值，

当输出功率大于功率参考值时，所述本地控制模块将限功率电压阈值设置为小于所述第一电压阈值的第二电压阈值。

上述功率优化装置可选的，所述本地控制模块包括模拟控制单元与数字控制单元；

所述模拟控制单元用于获取直流变换电路的本地模拟参量和限功率电压阈值，并根据本地模拟参量生成控制直流变换电路的脉宽调制信号，当直流变换电路的输出电压小于当前限功率电压阈值时以最大功率跟踪为目的地确定脉宽调制信号的占空比，当直流变换电路的输出电压等于或大于当前限功率电压阈值时限制输出电压不超过所设限功率电压阈值为目的地确定脉宽调制信号的占空比；

所述数字控制单元用于检测直流变换电路的输出电压和输出电流，且经计算后获取直流变换电路的输出功率，根据输出功率与预先设置的功率参考值之间比较，并通过修调电路修改模拟控制单元的限功率电压阈值，以智能调整限功率电压阈值。

上述功率优化装置可选的，所述本地控制模块还包括：

采样电路，用于检测直流变换电路的输出电压与输出电流的模拟参量；

电流信号发生电路，用于为模拟控制单元提供设置限功率电压阈值的基准电流；

输出电压设定的第一电阻，配置于电流信号发生电路；以及

修调电路，包括输出电压设定的第二电阻和修调开关，所述第二电阻借助修调开关连接于上述电流信号发生电路；

所述数字控制单元控制修调开关的断开或导通，以使所述限功率电压阈值在第一电压阈值与第二电压阈值之间进行切换；

当断开修调开关时，所述限功率电压阈值由基准电流与输出电压设定的第一电阻共同确定并提供第一电压阈值；

当导通修调开关时，所述限功率电压阈值由基准电流与输出电压设定的第一电阻和第二电阻共同确定并提供第二电压阈值；

所述模拟控制单元通过比较直流变换电路的输出电压与限功率电压阈值，并将比较的差值信号放大后调整脉宽调制信号，以使直流变换电路的输出电压不超出限功率电压阈值。

上述功率优化装置可选的，所述数字控制单元包括：

模数电路，用于获取直流变换电路的输出电压与输出电流的模拟参量并转换为数字参量；

数据存储器，用于存储预先设置的功率参考值；

数字处理电路，用于计算输出电流与输出电压的数字参量并获得直流变换电路的输出功率，将输出功率与功率参考值的比较，根据比较结果生成用于控制修调开关的断开或导通的修调指令。

上述功率优化装置可选的，所述直流变换电路为BUCK降压电路。

为了实现上述目的，本发明的第二方面采用的技术方案是：一种光伏系统，包含若干上述的智能自动限功率的功率优化装置，以及逆变器；其中，功率优化装置包括直流变换电路和对应控制直流变换电路的本地控制模块，直流变换电路的输入端连接于光伏单元输出端，若干直流变换电路的输出端相互串联连接组成光伏组串；逆变器的直流母线侧连接有至少一光伏组串，逆变器配置有能够控制交流并网侧功率不超出功率限制值的中央控制模块，在交流并网侧进行限功率控制时，所述中央控制模块用于通过控制逆变器直流母线电压上升而促使本地控制模块切换至限功率模式，以使直流母线侧功率平衡于交流并网侧功率。

上述光伏系统可选的，所述光伏单元以封装的方式配置于光伏组件中，所述光伏组串包括至少两个组串单元，每个所述组串单元由以同一朝向安装至少两个光伏组件组成，各个所述组串单元之间的光伏组件安装朝向不同，每一所述组串单元中所有光伏组件相互串联，各个所述组串单元再相互串联组成光伏组串。

上述光伏系统可选的，除了交流并网侧进行限功率控制以外情况下，所述中央控制模块以通信方式获取各个优化器的运行占空比数据，并在直流母线侧功率不变的情况下以占空比优化至接近1为目的地调节逆变器直流母线电压。

上述光伏系统可选的，所述的中央控制模块用于通过控制逆变器直流母线电压上升而促使本地控制模块切换至限功率模式包括：

当直流母线侧功率大于功率限制值时，中央控制模块以预设幅度调节逆变器直流母线电压上升；

当直流母线侧功率等于功率限制值时，中央控制模块停止以预设幅度调节逆变器直流母线电压上升；

当停止以预设幅度调节逆变器直流母线电压上升后直流母线侧功率小于功率限制值时，中央控制模块将以预设幅度调节逆变器直流母线电压下降，从而通过光伏组串的串电压及本地控制模块的输出电压的下降而促使本地控制模块切换至正常功率模式。

为了实现上述目的，本发明的第三方面采用的技术方案是：一种用于控制上述的光伏系统的控制方法，该方法包括：

在光伏系统的运行过程中，在任一光伏组串内，每个本地控制模块检测各自直流变换电路的输出功率并相应地将限功率电压阈值设置在第一电压阈值或第二电压阈值；在任一光伏组串内，每个直流变换电路的输出电流一致于光伏组串串电流，每个本地控制模块将在小于当前所设限功率电压阈值的范围内自适应地将输出电压设置至能跟踪光伏单元的最大功率点，若跟踪光伏单元的最大功率点需等于或大于限功率电压阈值则自适应地将输出电压设置为当前所设限功率电压阈值，而停止最大功率点跟踪；

在光伏系统处于中低功率情况下，此时逆变器的交流并网侧的输出功率远小于功率限制值，光伏组串内的大部分的本地控制模块将检测到功率优化装置的本地输出功率小于或等于预设的功率参考值并将限功率电压阈值设置为数值较高的第一电压阈值，中央控制模块将在进行直流母线侧MPPT工作的情况下以预设幅度调节逆变器直流母线电压上升，使得光伏组串的串电压上升，光伏组串内的各本地控制模块将自适应地设置其直流变换电路的输出电压上升，从而使功率优化装置的占空比更接近1；

在光伏系统处于高功率情况下，此时逆变器的交流并网侧的输出功率接近功率限制值，光伏组串内的大部分的本地控制模块将检测到功率优化装置的本地输出功率大于预设的功率参考值并将限功率电压阈值设置为数值较低的第二电压阈值，中央控制模块将继续进行直流母线侧MPPT工作和占空比统计值更接近1为目的地调节逆变器直流母线电压；

在光伏系统处于高功率情况下，若逆变器的交流并网侧功率超出功率限制值时将控制交流并网侧功率维持在功率限制值，逆变器的直流母线侧功率将大于交流并网侧功率，此时中央控制模块将以预设幅度调节逆变器的直流母线电压上升，使得光伏组串的串电压上升，光伏组串内的各本地控制模块将自适应地设置其直流变换电路的输出电压上升，并因输出电压等于或大于第二电压阈值而进入限功率模式，从而使直流母线侧功率下降而重新平衡于交流并网侧功率。

与现有技术相比，本发明有益效果如下：

（1）本发明中的功率优化装置，能够根据本地输出功率状态选择不同的限功率电压阈值，使得每个功率优化装置可自行在输出功率较低时设置较高的限功率电压阈值，而在在输出功率较高时设置较低的限功率电压阈值，同时，功率优化装置可依靠本地运行参量而相应对限功率电压阈值进行智能切换正常功率模式和限功率模式，实现在中低功率下功率优化装置的PWM信号的占空比运行更接近1的区间，且在高功率下功率优化装置更容易进入限功率模式，同时该自动切换仅依靠本地运行参量而相应对限功率电压阈值进行智能设置，无需依赖于昂贵的通信架构，进而在整体上兼顾高转换效率、快速限功率、结构简单、低LCOE成本、高稳定性、高环境适应性等特点。

（2）本发明中的光伏系统及其控制方法，将光伏逆变器和功率优化装置相结合地进行限功率控制功能。当输出功率超出功率限制值时，光伏逆变器以各光伏组串的总输出功率降低到功率限制值为目的地调节直流母线电压。在逆变器需要限功率时，大部分的功率优化装置均自行判断而将限功率电压阈值设置在较低的第二电压阈值处，同时这些功率优化装置将因为直流母线电压的上升而升高输出电压，从而使得这些功率优化装置不再跟踪最大功率，实现整串光伏组件的功率下降，继而光伏阵列的总输出功率降低到逆变器的功率限制值以下。显然，本发明中实现光伏系统的限功率，无需依赖于功率优化装置与逆变器之间建立稳定通讯，实现兼顾高转换效率、快速限功率、结构简单、低LCOE成本、高稳定性、高环境适应性等特点。

（3）进一步，本发明中的光伏系统，可适用在安装于屋顶的光伏系统。同一屋顶朝向的光伏组件在串联后，再次与其他屋顶朝向的光伏组件进行串联构成超长的光伏组串。因为各光伏组件的安装朝向不一致，所以每个功率优化装置根据各自的电参量自行设置限功率电压阈值进行，并对运行模式的自行切换。同时各功率优化装置的输出电流一致于串电流，从而每个功率优化装置还根据串电压和自身功率情况设置输出电压。一般地，功率越高的功率优化装置，其输出电压也越高。因此，在同一光伏组串中，一方面，部分功率较低的功率优化装置，即使限功率电压阈值设置得较高，其实际输出电压也会低于高功率的功率优化装置的电压，而部分功率较高的功率优化装置，则会因限功率电压阈值设置的较低，而快速进入限功率模式。另外，当正穿光伏组串都处于中低功率时，由于第一电压阈值设置得较高，各功率优化装置的占空比更接近1，因而转换效率高。

（4）进一步，本发明中的本地控制模块由模拟控制单元和数字控制单元组成，模拟控制单元利用模拟信号进行自动控制直流变换电路，不仅具备最大功率跟踪、串联电流一致性功能，还具备输出电压限制功能，使本地控制模块实现分辨率高且结构简单的控制，可采用低成本芯片和周边器件；数字控制单元具备通信接口、数字逻辑运算、数据存储等功能，并且可通过修调电路改变限功率电压阈值，实现功率优化装置的限电压功能，整体控制架构结构简单、运行可靠且成本低。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1为本申请实施例的智能自动限功率的功率优化装置的结构及逻辑示意图；

图2为本申请实施例的智能自动限功率的功率优化装置的控制架构示意图；

图3为本申请实施例的光伏系统的结构及逻辑示意图；

图4为本申请实施例的安装于屋顶的光伏系统的结构示意图。

附图标记：10、光伏单元；11、光伏组件；20、优化器；21、直流变换电路；30、本地控制模块；301、芯片本体；31、模拟控制单元；311、逻辑控制与保护电路；312、驱动电路；313、采样电路；314、电流信号发生电路；R_set1、第一电阻；32、数字控制单元；321、数字处理电路；322、模数电路；323、修调电路；R_set2、第二电阻；M_set、修调开关；324、数据存储器；325、数字接口电路；40、光伏组串；41、东侧组串单元；42、南侧组串单元；43、西侧组串单元；50、逆变器；60、中央控制模块。

具体实施方式

为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例说明本发明，但不作为限制本发明的范围。

如图1所示，根据本发明的第一实施例提供了一种智能自动限功率的功率优化装置，以下简称优化器20。其中，优化器20包括直流变换电路21和本地控制模块30。直流变换电路21的输入端用于接入光伏单元10的输出端，直流变换电路21的输出端用于与其他优化器20的直流变换电路21输出端相串联构成光伏组串40。本地控制模块30控制连接于直流变换电路21。

需说明的是，本实施例中，直流变换电路21优选为Buck降压电路，在其他实施例还可以是Boost升压电路或Buck-Boost升降压电路。本实施例中，光伏单元10是指具有独立封装的单个光伏组件11，在其他实施例还可以是一光伏组件11中的部分电池片串，或至少两个相串联的光伏组件11。光伏组串40是指由众多光伏单元10通过各自直流变换电路21的输出端相互串联的连接线路。

为实现本申请的目的：一方面，本地控制模块30预先配置有包括第一电压阈值U_ref1和第二电压阈值U_ref2的两个限功率电压阈值。其中，U_ref1＞U_ref2。本地控制模块30至少能够检测直流变换电路21的输出电压U_out和输出电流I_out，并根据U_out和I_out计算出直流变换电路21的输出功率P_out。同时，本地控制模块30还预先配置有功率参考值P_set，功率参考值用于区分出优化器20所连接的光伏单元10是高功率状态还是中低功率状态。运行时，本地控制模块30将比较所获取的P_out和预先设置的P_set并根据比较结果自行设置优化器20本地的限功率电压阈值。具体是，当P_out≤P_set时，本地控制模块30将限功率电压阈值设置为第一电压阈值U_ref1；当P_out＞P_set时，本地控制模块30将限功率电压阈值设置为第二电压阈值U_ref2。由此，限功率电压阈值的设置可以理解为，在中低功率状态下限功率电压阈值设置为数值较高的U_ref1，而高功率状态下限功率电压阈设置为数值较低的U_ref2。

在第一实施例的一方面中，本地控制模块30的控制逻辑简单来说是：实时地获取直流变换电路21的P_out，当P_out≤P_set时，为中低功率状态，本地控制模块30将限功率电压阈值设置为第一电压阈值U_ref1，当P_out＞P_set时，为高功率状态，本地控制模块30将限功率电压阈值设置为第二电压阈值U_ref2。其中，U_ref2＜U_ref1。

为实现本申请的目的：另一方面，本地控制模块30用于根据直流变换电路21的输出电压与所设限功率电压阈值（具体是U_ref1或者U_ref2）之间的比较而在正常功率模式和限功率模式之间自动切换，以及满足I_out一致于光伏组串40串电流I_str地调节输出电压U_out。当输出电压U_out小于当前所设置的限功率电压阈值时，本地控制模块30运行在正常功率模式。在正常功率模式下，本地控制模块30根据所接光伏单元10的最大功率确定所生成PWM信号（PulseWidth Modulation，脉冲宽度调制）的占空比，以此控制直流变换电路21中开关的通断，并且直流变换电路21的输出电压U_out将被设置在最大功率点，而U_out与I_out（I_str）的积将等于最大功率。当U_out等于或大于当前所设置的限功率电压阈值时，本地控制模块30运行在限功率模式。在限功率模式下，本地控制模块30不再根据所接光伏单元10的最大功率确定PWM信号的占空比，而是根据U_out不超出所设置的限功率电压阈值地确定PWM信号的占空比，以此控制直流变换电路21中开关的通断，并且使U_out维持在所设置的限功率电压阈值处。由于U_out未被设置在最大功率点处，而U_out与I_out（I_str）的积将小于最大功率，从而实现优化器20根据自身状态自动智能地进行限功率，无需依赖于后级设备基于通信的限功率控制。

在第一实施例的另一方面中，本地控制模块30的控制逻辑简单来说是：在中低功率状态下，限功率电压阈值设置为U_ref1，同时在U_out＜U_ref1的范围内，本地控制模块30将U_out设置在最大功率点处，在U_out≥U_ref1时，将U_out维持在U_ref1，而停止将U_out设置在最大功率点；在高功率状态下，限功率电压阈值设置为U_ref2，同时在U_out＜U_ref2的范围内，本地控制模块30将U_out设置在最大功率点处，在U_out≥U_ref2时，将U_out维持在U_ref2，而停止将U_out设置在最大功率点。

示例性而不做限定地，一块的光伏组件11配备了本申请所述的一种智能自动限功率的功率优化装置。该光伏组件11在STC测试（辐照1000W/M2、频谱1.5A及组件温度25℃的测试条件）的电性能参数有：标称功率为550W，开路电压为49.8V，短路电流13.98A，峰值功率电压41.95V，峰值功率电流13.12A，开路电压温度系数-0.265%/℃。该光伏组件11所配备的优化器20中，预先将功率参考值P_set设置为440W，预先将第一电压阈值U_ref1设置为46.15V，预先将第二电压阈值U_ref2设置为35.66V。优化器20耦合在光伏组件11和光伏组串40之间运行。

对于某一优化器20，优化器20的输入端连接有光伏组件11，优化器20的输出端耦合在包含其他优化器20的光伏组串40中。

在冬季晴朗的中午时刻，该优化器20在环境光照及温度等的条件下最大功率是350W，此时因环境因素光伏组件11的温度为10℃，而光伏组件11的峰值功率电压为45.93V。优化器20的本地控制模块30将进行如下判断：（1）获取当前的输出功率350W，判断350W＜440W（P_set），并将限功率电压阈值设置在46.15V（U_ref1）；（2）如若当前光伏组串40的I_str为8A，优化器20的输出电流I_out一致于串电流，即也是8A，本地控制模块30将调节PWM信号的占空比D进行MPPT工作，当输出电压U_out设置在43.75V时能够使得光伏组件11运行在最大功率，同时因43.75V＜46.15V（U_ref1），因而本地控制模块30可运行于正常功率模式。此时，优化器20的占空比为0.953(43.75V/45.93V)。因而，优化器20能运行在接近1的高转换效率区间。

在夏季晴天的中午时刻，优化器20在环境光照及温度等的条件下最大功率是577W，此时因环境因素光伏组件11的温度为45℃，而光伏组件11的峰值功率电压为36.65V（光伏电压负温度特性）。优化器20的本地控制模块30将进行如下判断：（1）获取当前的输出功率577W，判断577W＞440W（P_set），并将限功率电压阈值设置在35.66V（U_ref2）；（2）如若当前光伏组串40I_str为16A，优化器20的输出电流I_out一致于串电流，即也是16A，本地控制模块30将调节PWM信号的占空比D进行MPPT工作，当输出电压U_out设置在36.06V时能够使得光伏组件11运行在最大功率，同时因36.06V＜35.66V（U_ref2），因而本地控制模块30可运行于正常功率模式。此时，优化器20的占空比为0.984（36.06V/36.65V）。因而，优化器20任然能运行在接近1的高转换效率区间。当后级设备的功率超出限值时，可通过对直流母线侧的电压控制，使得光伏组串40进行升压降流，如I_str被调整为15.5A，则优化器20若要跟踪最大功率则需要将U_out设置在37.23V。由于37.23V＞35.66V（U_ref2），因此本地控制模块30将调节PWM信号的占空比D进行MPPT工作时，U_out达到35.66V时将自动切换为限功率模式，即停止进行MPPT工作，并将U_out稳定在35.66V。此时，优化器20的P_out将维持在553W，小于最大功率577W，从而使光伏组串40的串功率及光伏阵列的总功率快速限制在安全范围以内。

综上可见，本发明第一实施例中，在春秋冬季等大部分低温（组件输出电压高）且中低辐照（中低功率）场景下，本发明的功率优化装置能运行在占空比更接近1的高转换效率区间，而在夏季等高温（组件输出电压低）且中低辐照（高功率）场景下，本发明的功率优化装置能智能快速地切换至限功率模式，使光伏发电系统更为安全。同时，无论是正常功率模式和限功率模式的切换，还是限功率电压阈值的设置，仅在功率优化装置根据本地参数进行智能控制，而不依赖于高成本的通信设施。

请参考图2，根据本发明第二实施例的提供了采用模拟控制和数字控制相结合的一种智能自动限功率的功率优化装置，以下简称优化器20。其中，优化器20包括直流变换电路21和本地控制模块30。直流变换电路21为Buck降压电路。具体地，直流变换电路21包括：输入端V_i，用于耦合至光伏单元10；输出端V_o，用于耦合至光伏组串40；第一开关管M1，串联地耦合在输入端V_i和输出端V_o之间，起到直流变换的作用；电感L，起储能作用，串联地耦合在第一开关管M1和输出端V_o之间；第二开关管M2，并联地耦合在第一开关管M1和电感L之间，起动同步续流的作用。图未虽示出，但直流变换电路21还可在输入端V_i配置有输入电容，以及在输出端V_o配置有输出电容。

继续参考图2，本第二实施例中，本地控制模块30包括模拟控制单元31与数字控制单元32，以及还包括采样电路313、电流信号发生电路314、输出电压设定的第一电阻R_set1、输出电压设定的第二电阻R_set2、修调开关M_set。采样电路313设置在直流变换电路21中，包括用于采集输入电压的Uis电路、采集输入电流的Iis电路、采集输出电压的Uos电路、采集输出电流的Ios电路，以分别获取代表输入电压模拟参量的UA_i、代表输入电流模拟参量的IA_i、代表输出电压模拟参量的UA_o、代表输出电流模拟参量的IA_o。一方面，模拟控制单元31由逻辑控制与保护电路311和驱动电路312组成，主要负责根据本地模拟参量生成控制直流变换电路21的脉宽调制信号，同时实现最大功率跟踪（MPPT），以及实现正常功率模式和限功率模式的切换。另一方面，数字控制单元32由模数电路322、数据存储器324、数字处理电路321和数字接口电路325组成，主要负责对模拟控制单元31所设的限功率电压阈值的进行修改。

模拟控制单元31具体来说，逻辑控制与保护电路311连接于采样电路313，以获取获取UA_i、IA_i、UA_o及IA_o等本地模拟参量。逻辑控制与保护电路311根据本地模拟参量生成PWM信号。驱动电路312的输入端连接于逻辑控制与保护电路311的输入端，以获取PWM信号。驱动电路312的输出端分别连接直流变换电路21的第一开关管M1和第二开关管M2，以根据PWM信号分别生成第一开关管M1和第二开关管M2的驱动信号PWM_TG和驱动信号PWM_BG，以实现优化器20的降压变换功能和同步续流功能。同时，逻辑控制与保护电路311还连接于电流信号发生电路314、输出电压设定的第一电阻R_set1、输出电压设定的第二电阻R_set2、修调开关M_set所组成的电路，以获取所设定的限功率电压阈值。当直流变换电路21的输出电压小于当前限功率电压阈值时，逻辑控制与保护电路311根据本地模拟参量调节PWM信号的占空比，以进行光伏单元10的最大功率跟踪；当直流变换电路21的输出电压等于或大于当前限功率电压阈值时，逻辑控制与保护电路311将限制输出电压不超过所设限功率电压阈值，而停止光伏单元10的最大功率跟踪，实现优化器20在正常功率模式和限功率模式之间切换。具体地，电流信号发生电路314连接于逻辑控制与保护电路311的输入端，能提供设置限功率电压阈值的基准电流。输出电压设定的第一电阻R_set1连接于电流信号发生电路314。由基准电流与输出电压设定的第一电阻R_set1共同确定并向逻辑控制与保护电路311提供第一电压阈值U_ref1。输出电压设定的第二电阻R_set2和修调开关M_set串联，且串联后并联在输出电压设定的第一电阻R_set1的一侧。由基准电流与输出电压设定的第一电阻R_set1及第二电阻R_set2共同确认并向逻辑控制与保护电路311提供第二电压阈值U_ref2。对于相同的基准电流，由于U_ref2是由并联的第一电阻R_set1和第二电阻R_set2所确定，而U_ref1仅由第一电阻R_set1所确定，因而U_ref2将小于U_ref1。可以理解，传统优化器的控制器配备有限功率电压阈值设定的第一电阻R_set1，本实施例配备了修调电路323，并通过修调电路323所设的第二电阻R_set2和修调开关M_set，实现限功率电压阈值可在U_ref1和U_ref2之间切换。

数字控制单元32具体来说，数字控制单元32由模数电路322、数据存储器324、数字处理电路321和数字接口电路325组成。数据存储器324用于存储预先设置的功率参考值P_set。模数电路322用于获取代表直流变换电路21的输出电压与输出电流的模拟参量，即UA_o及IA_o，并将UA_o及IA_o对应地转换为代表直流变换电路21的输出电压与输出电流的数字参量，即UD_o及ID_o。数字处理电路321用于获取UD_o及ID_o数字参量，并计算出直流变换电路21的输出功率P_out；同时，数字处理电路321获取数据存储器324中的功率参考值P_set，在将P_set与输出功率P_out进行比较，根据比较结果生成用于控制修调开关M_set断开或导通的修改指令。具体是，当P_out≤P_set时，数字处理电路321生成控制修调开关M_set断开的修调指令，此时模拟控制单元31所设置的限功率电压阈值为U_ref1；当P_out＞P_set时，数字处理电路321生成控制修调开关M_set导通的修调指令，此时模拟控制单元31所设置的限功率电压阈值为U_ref2。

综上可见，本发明第二实施例中，模拟控制单元31采用模拟信号的方式直接参与直流变换电路21的控制，实现本地的正常功率模式和限功率模式的智能切换，从而实现以简单的电路结构而达到高分辨率的控制，允许采用低成本芯片和周边器件；同时，数字控制单元32使优化器20的本地控制模块30具备数据调取和逻辑运算功能，以实现通过控制修调电路323改变模拟控制单元31的限功率电压阈值，实现限功率电压阈值的在本地智能调节，实现简单化整体控制架构、运行可靠且成本低。

如图3所示，根据本发明的第三实施例提供了一种光伏系统，包括光伏逆变器50，以及n个（n≥2）上述第一实施例所述的智能自动限功率的功率优化装置（简称优化器20）。每个优化器20均包括直流变换电路21和本地控制模块30。直流变换电路21的输入端配置有光伏单元10。n个优化器20以其直流变换电路21的输出端相互串联连接组成光伏组串40。若干光伏组串40组成光伏阵列，且每个光伏组串40以其输出端分别连接到逆变器50的直流母线侧。逆变器50的交流并网侧将用于连接到并网接入点。逆变器50配置有控制其运行的中央控制模块60。

在任一光伏组串40中，各优化器20按照第一实施例进行控制，控制的逻辑简单来说是：实时地获取直流变换电路21的输出电压U_out和输出电流I_out，计算获得到输出功率P_out，比较P_out和预设的功率参考值P_set，当P_out≤P_set时，本地控制模块30将限功率电压阈值U_ref设置为第一电压阈值U_ref1，当P_out＞P_set时，本地控制模块30将限功率电压阈值U_ref设置为第二电压阈值U_ref2；其中，U_ref2＜U_ref1。同时，当U_ref设置为U_ref1，本地控制模块30在I_out一致于串电流I_str的基础上，在U_out＜U_ref1的范围内，将U_out设置为最大功率点处，在U_out≥U_ref1时，将U_out维持在U_ref1而停止最大功率跟踪；同样地，当U_ref设置为U_ref2，本地控制模块30在I_out一致于串电流I_str的基础上，在U_out＜U_ref2的范围内，将U_out设置为最大功率点处，在U_out≥U_ref2时，将U_out维持在U_ref2而停止最大功率跟踪。

在第三实施例中，逆变器50控制直流母线侧的电压进行控制，控制的逻辑简单来说是：当交流并网侧功率P_G大于或等于功率限制值P_lmt，中央控制模块60将P_G维持在P_lmt以内；同时，中央控制模块60获取交流并网侧功率P_G和直流并网侧功率P_bus，若P_bus＞P_G，将以预设幅度△U控制直流母线电压U_bus上升，直至P_bus≤P_G；当交流并网侧功率P_G小于功率限制值P_lmt，中央控制模块60将控制并使直流母线电压处于最大功率点处，并停止预设幅度调节逆变器50直流母线电压上升。

在本实施例的光伏系统需要限值交流并网侧功率不超出功率限制值时，由于U_bus被中央控制模块60控制而上升△U。光伏组串40的串电压U_str也将上升△U，而光伏组串40的功率受当前环境决定而未改变，光伏组串40的I_str将下降。相较于U_bus控制上升之前，优化器20为了继续进行MPPT工作，每个本地控制模块30因I_str下降而将控制U_out上升。因此，中央控制模块60控制U_bus上升若干次△U，将使得本地控制模块30因为U_out≥U_ref2，而将U_out维持在U_ref2并停止最大功率跟踪。同时，当逆变器50超出功率限制值时，光伏组串40中至少功率较高的部分优化器20，也将会因P_out＞P_set而将将限功率电压阈值设置为数值较低的U_ref2。由此可见，第三实施例的光伏系统中，当逆变器50交流并网侧功率超出功率限制值时，能够实现快速控制每个优化器20进入限功率模式，使得直流母线侧功率与交流并网侧功率平衡，从而使光伏系统满足安全要求。同时，快速控制每个优化器20进入限功率模式的过程中，逆变器50的中央控制模块60与每个优化器20的本地控制模块30之间，无需建立成本高昂的通信架构。

需要说明的是，在一光伏组串40中，由于串联的优化器20的输出电流I_out一致于串电流I_str，每个正常功率模式的优化器20将按照各自太阳辐照及温度等因素而设置各自的最大功率点。由P=U*I的关系可知，各个正常功率模式的优化器20的U_out之间的比例关系，应等于各优化器20的P_out之间的比例关系。简而言之，各正常功率模式的优化器20之间，其输出功率P_out越高，则其输出电压U_out将被设置得越高。由此可见，当输出功率最高的部分优化器20，因为P_out＞P_set而将限功率电压阈值从U_ref1调整U_ref2，例如从46.15V调整为35.66V，且优化器20处于正常功率模式且输出电压被设置为35V。此时，其余优化器20因P_out≤P_set而仍然将U_ref设置在U_ref1，如46.15V。但是由于功率相对较低及串电流一致性，这部分设置在U_ref1的优化器20的输出电压也将自适应地配置为低于那部分设置在U_ref2的优化器。由此可见，即使各优化器20之间没有通信，各优化器20之间的限功率电压阈值和输出电压的设置也能智能和统一。

在根据第三实施例的其他方案中，一种光伏系统还可以是，逆变器50控制直流母线侧的电压进行控制，控制的逻辑还包括：当交流并网侧功率P_G小于功率限制值P_lmt，中央控制模块60停止将P_G维持在P_lmt以内；同时，中央控制模块60控制直流母线电压U_bus以预设幅度△U变化，以使得直流并网侧功率P_bus最大化。

需要说明的是，在光伏系统中，中央控制模块60具备控制逆变器50进行最大功率跟踪的功能。一般情况下，光伏组串40中的各优化器20运行在正常功率模式，且已经跟踪并使得本地的功率最大化，当中央控制模块60为了进行MPPT工作而控制直流母线电压变化，将不会实际地改变功率。当光伏组串40中部分优化器20运行在限功率模式，同时逆变器50的交流并网侧功率P_G未超出功率限制值P_lmt时，此时中央控制模块60通过控制直流母线电压U_bus以进行MPPT工作，将使得部分优化器20从限功率模式切换为正常功率模式。在一个不作限定的实例中，若一个优化器20处于限功率模式，且P_out为450W，U_out被限值U_ref2处，如35.66V，I_out一致于I_str，如12.62A，另外，若优化器20不被限功率，峰值功率可达到480W。此时，逆变器50的交流并网侧功率未超限，中央控制模块60将进行降压升流的控制，如通过降压使得I_str升至13.52A，此时该优化器20可将U_out设置在35.5V处，即可使P_out达到480W的峰值功率处，同时U_out＜35.66V（U_ref2）。由此可见，借助于中央控制模块60的MPPT工作，光伏组串40的电参量将被改变，同时优化器20可自动切换为正常功率模式。

在根据第三实施例的其他方案中，一种光伏系统还可以是，逆变器50控制直流母线侧的电压进行控制，控制的逻辑还包括：中央控制模块60以通信方式获取各个优化器20的运行占空比数据，并经计算获取占空比的统计值[D]，如平均值或中位数，又如预设数量排名靠前的占空比数据的平均值。中央控制模块60控制直流母线电压U_bus以预设幅度△U变化，以使得直流并网侧功率P_bus最大化。同时，中央控制模块60控制直流母线电压U_bus以预设幅度△U变化，以使得占空比的统计值[D]更接近1。在一个实施方案中，当中央控制模块60在调节U_bus后，直流母线侧的功率P_bus因已处于最大功率点处而未改变，此时中央控制模块60将继续控制直流母线电压U_bus以预设幅度△U变化，并判断U_bus调节前后占空比的统计值[D]是否更接近1，直到预设幅度△U调节前后占空比的统计值[D]不再接近1为止。由此可见，本实施例中，当逆变器未超出功率限值，可通过调节U_bus实现功率优化装置在转换效率上的提升。

如图4所示，根据本发明的第四实施例提供了一种光伏系统。该实施例的光伏系统与第三实施例的结构和控制逻辑相似。在第四实施例中，每个光伏单元10以封装的方式配置于光伏组件11中。一个光伏组串40由至少两个组串单元组成，每个组串单元由若干安装朝向相同的光伏组件11组成。各个组串单元之间的光伏组件11安装朝向不同，各个组串单元在仙湖串联组成正串的光伏组串40。

参考图4，在一个不作限定的具体实施方案中，一个接入逆变器50的光伏组串40被布置在一个屋顶上。该光伏组串40由东侧组串单元41、南侧组串单元42和西侧组串单元43组成。东侧组串单元41配置有10个光伏组件11，每个光伏组件11均朝向相同地安装在东侧朝向的屋顶上，每个光伏组件11的输出端均配备有本发明所述的优化器20，且各个东侧屋顶的优化器20的输出端全部相互串联，形成东侧组串单元41的输出端。南侧组串单元42配置有11个光伏组件11，每个光伏组件11均朝向相同地安装在南侧朝向的屋顶上，每个光伏组件11的输出端均配备有本发明所述的优化器20，其各个东侧屋顶的优化器20的输出端全部相互串联，形成南侧组串单元42的输出端。西侧组串单元43配置有10个光伏组件11，每个光伏组件11均朝向相同地安装在西侧朝向的屋顶上，每个光伏组件11的输出端均配备有本发明所述的优化器20，其各个西侧屋顶的优化器20的输出端全部相互串联，形成西侧组串单元43的输出端。东侧组串单元41、南侧组串单元42和西侧组串单元43依次再次串联，形成整个光伏组串40的输出端。光伏组串40的输出端接入到逆变器50的直流母线侧。

在一个具体数据的实例中，每个光伏组件11在STC测试（辐照1000W/M2、频谱1.5A及组件温度25℃的测试条件）的电性能参数有：标称功率为550W，开路电压为49.8V，短路电流13.98A，峰值功率电压41.95V，峰值功率电流13.12A，开路电压温度系数-0.265%/℃。一串光伏组串40的容量为17.05kW。优化器20预先将功率参考值P_set设置为440W，预先将第一电压阈值U_ref1设置为46.15V，预先将第二电压阈值U_ref2设置为35.66V。逆变器50的功率限制值P_lmt为110kW，配置为可接入8串光伏组串40。8串光伏组串40的总容量为136.4。光伏阵列与逆变器50的容配比为1.25。逆变器50的额定最大输入电压为1300V，MPPT调节下限阈值720V，上限阈值为1050V。

在夏季某天早上九点时，逆变器50的交流并网侧功率P_G未超出功率限制值P_lmt。东侧组串单元41的各光伏组件11的峰值功率达到350W，对应优化器20将根据350W＜440W（P_set）而将限功率电压阈值设置为46.15V（U_ref1）；南侧组串单元42的各光伏组件11的峰值功率达到280W，对应优化器20将根据280W＜440W（P_set）而将限功率电压阈值设置为46.15V（U_ref1）；西侧组串单元43的各光伏组件11的峰值功率达到50W，对应优化器20将根据50W＜440W（P_set）而将限功率电压阈值设置为46.15V（U_ref1）。各组串单元的参数如以下表1所示。

此时，一方面，由于逆变器50的交流并网侧未超限制，中央控制模块60将控制直流母线侧电压P_bus进行MPPT工作，即将P_bus设置在目标范围内，该目标范围可令到各优化器20均处于正常功率模式的。在某一情况下，逆变器50将直流母线电压P_bus设置为800V，则该光伏组串40的串电流I_str将设置在8.85A，同时东侧的10个优化器20均会将其输出电压U_out设置为39.55V，南侧的11个优化器20均会将其输出电压U_out设置为31.64V，西侧的10个优化器20均会将其输出电压U_out设置为5.65V。各个组串单元的输出电压均小于P_set，因此均处于正常功率模式。

此时，另一方面，假设各光伏组件11的峰值电压均为44.5V，则东侧的10个优化器20的占空比将会设置在0.889，处于较高的转换效率。中央控制模块60可获取各优化器20的占空比数据，计算并获取排名前30%的占空比数据的平均值作为占空比统计值[D]，同时，中央控制模块60以预设幅度调节直流母线电压，使占空比统计值[D]更接近1。在一个示例中，中央控制模块60将U_bus设置在875V，则东侧的优化器20的U_out设置为43.26，南侧的优化器20的U_out设置为34.6V，北侧的优化器20的U_out设置为6.18V。可见，东侧的10个优化器20的占空比将会设置在0.972，光伏组串40的转换效率被调高。同时，由于U_ref1设置得较高，使得在光伏组串40各优化器20辐照不一致时，优化器20的限功率电压阈值可被设置得较高，继而低功率部分的优化器20的U_out一般会分配得较低，而为高功率部分的优化器20的U_out设置得较高提供空间。由此可见，本实施例的光伏系统能通过优化器20的本地控制以及优化器20与逆变器50的配合控制，使得运行的转换效率更高。

在夏季某天中午十二点时，逆变器50的交流并网侧功率P_G超出功率限制值P_lmt。东侧组串单元41的各光伏组件11的峰值功率达到520W，对应优化器20将根据520W＜440W（P_set）而将限功率电压阈值设置为35.66V（U_ref2）；南侧组串单元42的各光伏组件11的峰值功率达到580W，对应优化器20将根据580W＜440W（P_set）而将限功率电压阈值设置为35.66V（U_ref2）；西侧组串单元43的各光伏组件11的峰值功率达到510W，对应优化器20将根据510W＜440W（P_set）而将限功率电压阈值设置为35.66V（U_ref2）。各组串单元的参数如以下表2所示。

此时，逆变器50的直流母线电压P_bus设置在1000V，光伏组串40中，东侧组串单元41的优化器20将U_out设置为31.18V，南侧组串单元42的优化器20将U_out设置为34.77V，西侧组串单元43的优化器20将U_out设置为30.58V，在中央控制模块60对U_bus的控制下，各优化器20仍能运行在正常功率模式，该光伏组串40的串功率将达到16680W。若此时逆变器50的P_G超出P_lmt的限制，中央控制模块60将控制P_G维持在P_lmt以内。但是，直流母线侧的各优化器20仍运行在正常功率模式，将导致直流母线功率大于交流并网功率。因而，中央控制模块60将控制P_bus上升，当P_bus上升到1040V时，南侧组串单元42的各优化器20会因U_out＞35.66V（U_ref2）而将U_out维持在35.66V，由此这些优化器20将进入限功率模式，而停止MPPT工作。光伏组串40的串功率P_str将从16680W下降到16537W，而串电流将下降到15.90A，南侧组串单元42的各优化器20的输出功率将从580W下降到567W。由此可见，通过优化器20的本地控制和逆变器50的配合，本发明的光伏系统在超出P_lmt限制时快速实现直流母线功率重新平衡于交流并网功率。另外，东侧组串单元41和西侧组串单元43的各优化器20仍能运行在正常功率模式，并分别将输出电压设置在最大功率点处，即32.70V和32.07V。由于光伏电压的负温度特性，东侧和西侧的优化器20仍能运行在占空比接近1的高转换效率区间。

综上，根据本发明的第四实施例，可适用在安装于屋顶的光伏系统。同一屋顶朝向的光伏组件11在串联后，再次与其他屋顶朝向的光伏组件11进行串联构成超长的光伏组串40。因为各光伏组件11的安装朝向不一致，所以每个优化器20根据各自的电参量自行设置限功率电压阈值进行，并对运行模式的自行切换。同时各优化器20的输出电流一致于串电流，从而每个优化器20还根据串电压和自身功率情况设置输出电压。一般地，功率越高的优化器20，其输出电压也越高。因此，在同一光伏组串40中，一方面，部分功率较低的优化器20（如夏季某天早上九点的西侧组串单元43），即使限功率电压阈值设置得较高（U_ref1），其实际输出电压也会低于高功率的优化器20的电压，而部分功率较高的优化器20（如夏季某天中午十二点的南侧组串单元42），则会因限功率电压阈值设置的较低（U_ref2），而快速进入限功率模式。另外，当正穿光伏组串40都处于中低功率时，由于第一电压阈值设置得较高，各优化器20的占空比更接近1，因而转换效率高。此外，可以理解的是，同一屋顶不同朝向安装的光伏组串40被串联到同一光伏组串40，且配置了本发明的光伏系统，可在兼顾发电量和安全性的基础上，极大的减少汇流器、逆变器等的设备成本。

参考图1至图4，根据本发明的第五实施例提供了光伏系统的控制方法，该方法包括：在光伏系统的运行过程中，在任一光伏组串40内，每个本地控制模块30检测各自Buck降压电路的输出功率P_out并相应地将限功率电压阈值设置在第一电压阈值U_ref1或第二电压阈值U_ref2；在任一光伏组串40内，每个Buck降压电路的输出电流I_out一致于串电流I_str，每个本地控制模块30将在小于当前所设限功率电压阈值的范围内自适应地将输出电压U_out设置至能跟踪光伏单元10的最大功率点，若跟踪光伏单元10的最大功率点需等于或大于限功率电压阈值则自适应地将输出电压U_out设置为当前所设限功率电压阈值，而停止最大功率点跟踪。同时，光伏阵列的总容量将超出逆变器50功率限制值P_lmt地设置，如超出x倍。此时，每个优化器20的功率参考值P_set可以设置为额定功率的1/x倍（其中x小于2）。

在光伏系统处于中低功率情况下，此时逆变器50的交流并网侧的输出功率P_out远小于功率限制值P_lmt。一方面，光伏组串40内的大部分的本地控制模块30将检测到优化器20的本地输出功率P_out小于或等于预设的功率参考值P_set并将限功率电压阈值设置为数值较高的第一电压阈值U_ref1。另一方面，中央控制模块60将在进行直流母线侧MPPT工作的情况下以预设幅度△U调节逆变器50直流母线电压U_bus上升，直至光伏阵列的占空比统计值[D]不能满足更接近1的要求。U_bus上升，将使得光伏组串40的串电压U_str上升，光伏组串40内的各本地控制模块30将自适应地设置其Buck降压电路的输出电压U_out上升，从而使优化器20的占空比更接近1。

在光伏系统处于高功率情况下，此时逆变器50的交流并网侧的输出功率P_out接近功率限制值P_lmt，光伏组串40内的大部分的本地控制模块30将检测到优化器20的本地输出功率P_out大于预设的功率参考值P_set并将限功率电压阈值设置为数值较低的第二电压阈值U_ref2，中央控制模块60将继续进行直流母线侧MPPT工作和占空比统计值[D]更接近1为目的地调节逆变器50直流母线电压U_bus。

在光伏系统处于高功率情况下，若逆变器50的交流并网侧功率P_G超出功率限制值P_lmt时将控制交流并网侧功率P_G维持在功率限制值P_lmt，逆变器50的直流母线侧功率P_bus将大于交流并网侧功率P_G，此时中央控制模块60将以预设幅度△U调节逆变器50的直流母线电压U_bus上升，使得光伏组串40的串电压U_str上升，光伏组串40内的各本地控制模块30将自适应地设置其Buck降压电路的输出电压U_out上升，并因为U_out达到第二电压阈值U_ref2而进入限功率模式，从而使直流母线侧功率P_bus下降而重新平衡于交流并网侧功率P_G。

由此可见，第五实施例的光伏系统的控制方法，将光伏逆变器50和优化器20相结合地进行限功率控制功能。当输出功率超出功率限制值时，光伏逆变器50以各光伏组串40的总输出功率降低到功率限制值为目的地调节直流母线电压。在逆变器50需要限功率时，大部分的优化器20均自行判断而将限功率电压阈值设置在较低的第二电压阈值处，同时这些优化器20将因为直流母线电压的上升而升高输出电压，从而使得这些优化器20不再跟踪最大功率，实现整串光伏组件11的功率下降，继而光伏阵列的总输出功率降低到逆变器50的功率限制值以下。显然，本实施例中，实现了光伏系统的限功率，无需依赖于优化器20与逆变器50之间建立稳定通讯，实现兼顾高转换效率、快速限功率、结构简单、低LCOE成本、高稳定性、高环境适应性等特点。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

以上实施例主要描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (10)

1.一种智能自动限功率的功率优化装置，该功率优化装置包括耦合在光伏单元(10)与光伏组串(40)之间的直流变换电路(21)和对应控制所述直流变换电路(21)的本地控制模块(30)，其特征在于，所述本地控制模块(30)用于根据直流变换电路(21)的输出电压与所设限功率电压阈值之间的比较而在正常功率模式和限功率模式之间自动切换：

当直流变换电路(21)的输出电压小于当前设置的限功率电压阈值时，所述本地控制模块(30)运行在正常功率模式，并控制直流变换电路(21)对光伏单元(10)进行最大功率点跟踪，

当直流变换电路(21)的输出电压等于或大于当前设置的限功率电压阈值时，所述本地控制模块(30)运行在限功率模式，并控制直流变换电路(21)的输出电压维持在限功率电压阈值处，而停止最大功率点跟踪；并且，

本地控制模块(30)用于根据一致于光伏组串(40)串电流的输出电流和当前的功率模式而自适应地设置本地控制模块(30)的输出电压；

所述本地控制模块(30)还用于根据获取的直流变换电路(21)的输出功率与预先设置的功率参考值之间的比较智能地调整限功率电压阈值：

当输出功率小于或等于功率参考值时，所述本地控制模块(30)将限功率电压阈值设置为第一电压阈值，

当输出功率大于功率参考值时，所述本地控制模块(30)将限功率电压阈值设置为小于所述第一电压阈值的第二电压阈值。

2.如权利要求1所述的智能自动限功率的功率优化装置，其特征在于，所述本地控制模块(30)包括模拟控制单元(31)与数字控制单元(32)；

所述模拟控制单元(31)用于获取直流变换电路(21)的本地模拟参量和限功率电压阈值，并根据本地模拟参量生成控制直流变换电路(21)的脉宽调制信号，当直流变换电路(21)的输出电压小于当前限功率电压阈值时以最大功率跟踪为目的地确定脉宽调制信号的占空比，当直流变换电路(21)的输出电压等于或大于当前限功率电压阈值时限制输出电压不超过所设限功率电压阈值为目的地确定脉宽调制信号的占空比；

所述数字控制单元(32)用于检测直流变换电路(21)的输出电压和输出电流，且经计算后获取直流变换电路(21)的输出功率，根据输出功率与预先设置的功率参考值之间比较，并通过修调电路(323)修改模拟控制单元(31)的限功率电压阈值，以智能调整限功率电压阈值。

3.如权利要求2所述的智能自动限功率的功率优化装置，其特征在于，所述本地控制模块(30)还包括：

采样电路(313)，用于检测直流变换电路(21)的输出电压与输出电流的模拟参量；

电流信号发生电路(314)，用于为模拟控制单元(31)提供设置限功率电压阈值的基准电流；

输出电压设定的第一电阻(R_set1)，配置于电流信号发生电路(314)；以及

修调电路(323)，包括输出电压设定的第二电阻(R_set2)和修调开关(M_set)，所述第二电阻(R_set2)借助修调开关(M_set)连接于上述电流信号发生电路(314)；

所述数字控制单元(32)控制修调开关(M_set)的断开或导通，以使所述限功率电压阈值在第一电压阈值与第二电压阈值之间进行切换；

当断开修调开关(M_set)时，所述限功率电压阈值由基准电流与输出电压设定的第一电阻(R_set1)共同确定并提供第一电压阈值；

当导通修调开关(M_set)时，所述限功率电压阈值由基准电流与输出电压设定的第一电阻(R_set1)和第二电阻(R_set2)共同确定并提供第二电压阈值；

所述模拟控制单元(31)通过比较直流变换电路(21)的输出电压与限功率电压阈值，并将比较的差值信号放大后调整脉宽调制信号，以使直流变换电路(21)的输出电压不超出限功率电压阈值。

4.根据权利要求3所述的智能自动限功率的功率优化装置，其特征在于，所述数字控制单元(32)包括：

模数电路(322)，用于获取直流变换电路(21)的输出电压与输出电流的模拟参量并转换为数字参量；

数据存储器(324)，用于存储预先设置的功率参考值；

数字处理电路(321)，用于计算输出电流与输出电压的数字参量并获得直流变换电路(21)的输出功率，将输出功率与功率参考值的比较，根据比较结果生成用于控制修调开关(M_set)的断开或导通的修调指令。

5.如权利要求1所述的智能自动限功率的功率优化装置，其特征在于，所述直流变换电路(21)为BUCK降压电路。

6.一种光伏系统，包含若干如权利要求1至5任一项所述的智能自动限功率的功率优化装置，以及逆变器(50)；其中，功率优化装置包括直流变换电路(21)和对应控制直流变换电路(21)的本地控制模块(30)，直流变换电路(21)的输入端连接于光伏单元(10)输出端，若干直流变换电路(21)的输出端相互串联连接组成光伏组串(40)；逆变器(50)的直流母线侧连接有至少一光伏组串(40)，逆变器(50)配置有能够控制交流并网侧功率不超出功率限制值的中央控制模块(60)，其特征在于，在交流并网侧进行限功率控制时，所述中央控制模块(60)用于通过控制逆变器(50)直流母线电压上升而促使本地控制模块(30)切换至限功率模式，以使直流母线侧功率平衡于交流并网侧功率。

7.如权利要求6所述的一种光伏系统，其特征在于，所述光伏单元(10)以封装的方式配置于光伏组件(11)中，所述光伏组串(40)包括至少两个组串单元，每个所述组串单元由以同一朝向安装至少两个光伏组件(11)组成，各个所述组串单元之间的光伏组件(11)安装朝向不同，每一所述组串单元中所有光伏组件(11)相互串联，各个所述组串单元再相互串联组成光伏组串(40)。

8.如权利要求6所述的一种光伏系统，其特征在于，除了交流并网侧进行限功率控制以外情况下，所述中央控制模块(60)以通信方式获取各个优化器(20)的运行占空比数据，并在直流母线侧功率不变的情况下以占空比优化至接近1为目的地调节逆变器(50)直流母线电压。

9.如权利要求6所述的一种光伏系统，其特征在于，所述的中央控制模块(60)用于通过控制逆变器(50)直流母线电压上升而促使本地控制模块(30)切换至限功率模式包括：

当直流母线侧功率大于功率限制值时，中央控制模块(60)以预设幅度调节逆变器(50)直流母线电压上升；

当直流母线侧功率等于功率限制值时，中央控制模块(60)停止以预设幅度调节逆变器(50)直流母线电压上升；

当停止以预设幅度调节逆变器(50)直流母线电压上升后直流母线侧功率小于功率限制值时，中央控制模块(60)将以预设幅度调节逆变器(50)直流母线电压下降，从而通过光伏组串(40)的串电压及本地控制模块(30)的输出电压的下降而促使本地控制模块(30)切换至正常功率模式。

10.一种用于权利要求6所述的光伏系统的控制方法，其特征在于，该方法包括：

在光伏系统的运行过程中，在任一光伏组串(40)内，每个本地控制模块(30)检测各自直流变换电路(21)的输出功率并相应地将限功率电压阈值设置在第一电压阈值或第二电压阈值；在任一光伏组串(40)内，每个直流变换电路(21)的输出电流一致于光伏组串(40)串电流，每个本地控制模块(30)将在小于当前所设限功率电压阈值的范围内自适应地将输出电压设置至能跟踪光伏单元(10)的最大功率点，若跟踪光伏单元(10)的最大功率点需等于或大于限功率电压阈值则自适应地将输出电压设置为当前所设限功率电压阈值，而停止最大功率点跟踪；

在光伏系统处于中低功率情况下，此时逆变器(50)的交流并网侧的输出功率远小于功率限制值，光伏组串(40)内的大部分的本地控制模块(30)将检测到功率优化装置的本地输出功率小于或等于预设的功率参考值并将限功率电压阈值设置为数值较高的第一电压阈值，中央控制模块(60)将在进行直流母线侧MPPT工作的情况下以预设幅度调节逆变器(50)直流母线电压上升，使得光伏组串(40)的串电压上升，光伏组串(40)内的各本地控制模块(30)将自适应地设置其直流变换电路(21)的输出电压上升，从而使功率优化装置的占空比更接近1；

在光伏系统处于高功率情况下，此时逆变器(50)的交流并网侧的输出功率接近功率限制值，光伏组串(40)内的大部分的本地控制模块(30)将检测到功率优化装置的本地输出功率大于预设的功率参考值并将限功率电压阈值设置为数值较低的第二电压阈值，中央控制模块(60)将继续进行直流母线侧MPPT工作和占空比统计值更接近1为目的地调节逆变器(50)直流母线电压；

在光伏系统处于高功率情况下，若逆变器(50)的交流并网侧功率超出功率限制值时将控制交流并网侧功率维持在功率限制值，逆变器(50)的直流母线侧功率将大于交流并网侧功率，此时中央控制模块(60)将以预设幅度调节逆变器(50)的直流母线电压上升，使得光伏组串(40)的串电压上升，光伏组串(40)内的各本地控制模块(30)将自适应地设置其直流变换电路(21)的输出电压上升，并因输出电压等于或大于第二电压阈值而进入限功率模式，从而使直流母线侧功率下降而重新平衡于交流并网侧功率。

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